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Module und Lernzirkel der Plattform FLexKom zur Förderung experimenteller Kompetenzen in der Schulpraxis : Verlauf und Ergebnisse einer Design-Based Research Studie = Module and learning circle of the FLexKom platform to promote experimental skills in school practice : course and results of a design-based research study
2022
Dissertation, RWTH Aachen University, 2022
Genehmigende Fakultät
Fak01
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-03-17
Einrichtungen
- Lehrstuhl für Experimentalphysik I A und I. Physikalisches Institut (131110)
- Fachgruppe Physik (130000)
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Schülerexperimente (frei) ; Unterrichtsmaterial (frei) ; Variablenkontrollstrategie (frei) ; control-of-variables strategy (frei) ; design-based research (frei) ; experimental competence (frei) ; experimentelle Kompetenz (frei) ; student experiments (frei) ; teaching material (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530
Kurzfassung
Die Förderung experimenteller Kompetenzen stellt ein zentrales Bildungsziel des naturwissenschaftlichen Unterrichts dar. Als wesentlicher Bestandteil der Allgemeinbildung werden naturwissenschaftliche Kompetenzen zur gesellschaftlichen Teilhabe, Kommunikation und Meinungsbildung benötigt. Im Rahmen von Experimenten, wie sie im Alltag, in der Technik und in der Medizin vorkommen, sind diese Kompetenzen unerlässlich. Zusätzlich legitimieren einige Kernlehrpläne der deutschen Bundesländer die Förderung experimenteller Kompetenzen explizit. Deshalb sind mit dieser Arbeit unter Nutzung des Design-Based Research Ansatzes Unterstützungsangebote zur Förderung experimenteller Kompetenzen bei Schülerinnen und Schülern (SuS) entwickelt und evaluiert worden. Hierzu wurde die Plattform FLexKom (Fördern und Lernen experimenteller Kompetenzen) konzipiert, die unterschiedliche Module und Unterrichtsmaterialien kostenfrei zur Verfügung stellt. Die Module der Plattform FLexKom sind so designt worden, dass sie eine spezifische Förderung konkreter Teilkompetenzen (z.B. elektronischen Versuchsaufbau durchführen oder Variablenkontrollstrategie anwenden) fokussieren. Methodisch können die Module in verschiedener Weise eingesetzt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, mehrere Module zu einem Lernzirkel zusammenzustellen. Dabei kann die Kombination der Module nach diversen Kriterien erfolgen. Zwei beispielhafte Lernzirkel wurden in einer Studie untersucht. Ein Lernzirkel rückt verschiedene Teilkompetenzen in den Vordergrund, wobei sich alle Module im selben physikalischen Inhaltsfeld bewegen (hier Elektrizitätslehre). Der andere Lernzirkel fokussiert eine Teilkompetenz (hier Variablenkontrollstrategie) in mehreren Inhaltsfeldern. Um die Wirksamkeit der entwickelten Lernzirkel und Materialien untersuchen und weitere Kenntnisse für neue Module schlussfolgern zu können, wurde eine Studie designt und durchgeführt, die die Lernwirksamkeit der Lernzirkel im Schulalltag untersucht und vergleicht. Zur Erhebung der Kompetenzen sind validierte Testinstrumente eingesetzt worden, die einzelne Teilkompetenzen messen und damit detaillierte Aussagen zulassen. Der Lernzuwachs konnte durch den Vergleich der Testdaten zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelt werden. Die konkrete Intervention bestand aus einer Motivationsphase, der Durchführung eines Lernzirkels sowie einer Sicherungsphase. Die beiden Beispiellernzirkel sind mit 15 Schulklassen aus den Jahrgangsstufen 7 bis 9 (Durchschnittsalter 12,9 Jahre) evaluiert worden. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen für die mit den Modulen adressierten Teilkompetenzen einen signifikanten Lernzuwachs mit großer Effektstärke. Nicht geförderte Teilkompetenzen zeigen keine oder nur eine schwache Verbesserung. Neben den Gemeinsamkeiten der beiden Lernzirkeltypen wurden auch Unterschiede herausgearbeitet. Für den Lernzirkel, der die Variablenkontrollstrategie (VKS) in allen Modulen fördert, zeigte sich auch für als schwierig bekannte Teilfähigkeiten der VKS eine deutliche Leistungssteigerung. Wurde die VKS nur in einem Modul des alternativen untersuchten Lernzirkels thematisiert, wurde ein signifikanter Lernzuwachs nur für die einfacheren Teilfähigkeiten der VKS festgestellt. Für den schulpraktischen Einsatz ist neben der Lernwirksamkeit auf Seiten der SuS auch die Akzeptanz der Lehrenden bedeutsam. Eine Befragung der Lehrenden zeigte eine positive Bewertung der Lernziele und ihrer Erreichbarkeit durch die Module. Des Weiteren erfuhr die Konzeptionsidee des Lernzirkels, der die VKS in mehreren Inhaltsfeldern thematisiert, eine besonders große Zustimmung. Damit konnte durch diese Arbeit einerseits ein Modulpool zur Förderung einer Vielfalt von spezifischen experimentellen Teilkompetenzen angelegt werden. Andererseits liefert die Arbeit Erkenntnisse über die Lernwirksamkeit von aus den Modulen kombinierten Lernzirkeln sowie über deren Akzeptanz bei den Lehrenden. Zusammenfassend wurden damit im Sinne des Design-Based Research Ansatzes mit der Plattform FLexKom sowohl schulpraxistaugliche Materialien zur Förderung experimenteller Kompetenzen bereitgestellt als auch wichtige Erkenntnisse zu deren weiteren Entwicklung gewonnen.The promotion of experimental competencies is a central educational goal of science in school. As an essential component of general education scientific competencies are required for social participation, communication and forming opinion. In the context of experiments, as they occur in everyday life, in technology and in medicine, these skills are essential. In addition, some curricula in the German federal states explicitly legitimize the promotion of experimental skills. Therefore, with this work using the design-based research approach, support offers for the promotion of experimental competencies to schoolchildren have been developed and evaluated. The FLexKom platform (Fördern und Lernen experimenteller Kompetenzen) was designed for this purpose and provides various modules and teaching materials free of charge. The modules of the FLexKom platform have been designed in such way that they focus on specific promotion of specific sub-competencies (e.g. carrying out electronic experimental setups or using control-of-variables strategy). In terms of methodology, the modules can be used in various ways. One possibility is to combine several modules into a learning circle. The modules can be combined according to various criteria. Two exemplary learning circles were examined in a study. One learning circle puts various sub-competencies in the foreground, with all modules moving in the same physical field of content (here electricity). The other learning circle focuses on a specific sub-competence (here control-of-variables strategy) in several content fields. To investigate the effectiveness of the developed learning circles and materials and to be able to draw conclusions about further knowledge for new modules, a study was designed and carried out which examined and compares the learning effectiveness of the learning circles in everyday school life. To determine the competencies, validated test instruments have been used that measure individual sub-competencies and thus allow detailed statements. The increase in learning could be determined by comparing the test data at different time. The concrete intervention consisted of a motivation phase, the implementation of a learning circle and a consolidation phase. The two sample learning circles were evaluated with 15 school classes from grades 7 to 9 (mean age: 12,9 years). The results of the investigation show a significant increase in learning with a large effect size for the sub-skills addressed with the modules. Sub-competencies that are not promoted show little or no improvement. In addition to the similarities between the two types of learning circles, differences were also identified. For the learning circle, which promotes the control-of-variables strategy (CVS) in all modules, there was a significant increase in performance even for partial skills of the CVS that are known to be difficult. If the CVS was only thematized in one module of the alternative learning circle examined, a significant increase in learning was only found for the more simple partial skills of the CVS. For practical use in schools, in addition to the learning effectiveness on the part of the pupils, the acceptance of the teachers is also important. A survey of the teachers showed a positive assessment of the learning goals and their accessibility through the modules. Furthermore, the conceptual idea of the learning circle, which deals with the CVS in several content fields, received a particularly high level of approval. On the one hand, this work made it possible to create a module pool to promote a variety of specific experimental sub-competencies. On the other hand, the work provides insights into the learning effectiveness of learning circles combined from the modules as well as their acceptance by the teachers. In summary, in terms of the design-based research approach, the FLexKom platform provided materials suitable for school practice to promote experimental skills and gained important knowledge for their further development.
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
print
Sprache
German
Externe Identnummern
HBZ: HT021449010
Interne Identnummern
RWTH-2022-06545
Datensatz-ID: 849070
Beteiligte Länder
Germany
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